鍛造知識與問題匯總

一、鍛造材料二、鍛造的基本知識三、鍛件的主要缺陷及產(chǎn)生原因第一頁，共24頁。一、鍛造材料（一）、金屬鑄錠的組織與缺陷

金屬鑄錠的宏觀組織一般由三個(gè)晶區(qū)組成：即外表層的細(xì)晶區(qū)、中間的柱狀晶區(qū)和心部的等軸晶區(qū)，如下圖所示。第二頁，共24頁。

A、高溫金屬液體進(jìn)入鑄模，表面的液體產(chǎn)生極大過冷，臨近的晶粒長大時(shí)迅速彼此相遇，不能繼續(xù)長大，形成了一層很細(xì)的薄層等軸晶粒區(qū)。

B、柱狀晶區(qū)由垂直于模壁的粗大的柱狀晶構(gòu)成。在表層金屬細(xì)晶粒形成的同時(shí)，一方面模壁溫度迅速上升，另一方面金屬凝固收縮后，細(xì)晶區(qū)與模壁脫離，形成一層薄薄空氣層，散熱愈發(fā)困難，過冷減小，溫度梯度變得平緩，逐漸開始形成柱狀晶區(qū)。

第三頁，共24頁。

柱狀晶區(qū)中，晶粒彼此間的界面平直，氣泡縮孔較小，組織致密。但是當(dāng)沿不同方向生長的兩組相近柱狀晶相遇后，就形成柱晶間界。而柱晶間界是雜質(zhì)、氣泡、縮孔密集的區(qū)域。也是鑄錠的脆弱面。當(dāng)壓力加工時(shí)，易于沿著弱面裂開或形成裂紋。對于塑性較好的金屬，可以壓力加工不至于開裂，但塑性差的合金，應(yīng)盡力避免形成發(fā)達(dá)的柱狀晶區(qū)，從而避免壓力加工時(shí)開裂報(bào)廢。第四頁，共24頁。

C、中心等軸晶區(qū)的晶粒在長大時(shí)，枝晶交叉，裂紋不易擴(kuò)展，各個(gè)晶粒的取向各不相同，性能沒有方向性。這是其優(yōu)點(diǎn)，但是，等軸晶區(qū)樹枝狀晶發(fā)達(dá)，纖維縮孔較多，組織致密性差。但是此處的顯微縮孔未被氧化，經(jīng)過熱壓力加工之后，一般可可以焊合。這也是普通鑄件力求得到柱狀晶區(qū)的原因。D、但是不是所有的縮孔都可以焊合，在金屬結(jié)晶時(shí)，在金屬的冒口附近形成的集中縮孔以及二次縮孔，由于其表面被氧化，故不能在壓力加工時(shí)焊合。此外，分散縮孔（即縮松），和等軸晶區(qū)的顯微組織相似，雜質(zhì)較少，且表面未被氧化，也是可以在壓力加工時(shí)焊合的。第五頁，共24頁。（二）、鋼中雜質(zhì)元素的影響（1）錳和硅的影響

錳和硅是煉鋼過程中必須加入的脫氧劑，用以去除溶于鋼液中的氧。錳除了脫氧的作用外，還有除硫作用，及與鋼中的硫結(jié)合成MnS從而在相當(dāng)大程度上消除硫在鋼中的有害影響，這些反應(yīng)物大部分進(jìn)入爐渣，小部分殘留于鋼中，成為非金屬夾雜物。

錳對碳鋼的機(jī)械性能有良好的影響，它能提高鋼的強(qiáng)度和硬度，當(dāng)錳含量不高時(shí)，可以稍微提高或不降低鋼的塑性和韌性。

硅也是鋼中的有益元素，硅溶于鐵素體后有很強(qiáng)的固溶強(qiáng)化作用，顯著提高鋼的強(qiáng)度和硬度，但含量較高時(shí)，將使鋼的塑性和韌性下降。第六頁，共24頁。（2）硫的影響硫是鋼中的有害元素，它是在煉鋼時(shí)由礦石和燃料帶到鋼中來的雜質(zhì)，硫只溶于鋼液中，在固態(tài)鐵中幾乎不能溶解，而是以FeS雜質(zhì)的形式存在于固態(tài)鋼中。 硫的最大的危害是引起鋼在熱加工時(shí)開裂，這種現(xiàn)象稱為熱脆。①造成熱脆的原因。②防止熱脆的方法。（3）磷的影響 磷具有很強(qiáng)的固溶強(qiáng)化作用。磷會引起冷脆。①磷的有害影響磷溶于鐵素體中，會使其晶格歪曲，晶粒長大，而且有冷脆性。P＞0.13%時(shí)脆性特甚，P使鋼破斷能轉(zhuǎn)變溫度增高的作用比碳強(qiáng)約20倍。②和Mn一樣使鋼晶粒粗化。

第七頁，共24頁。（4）氫的影響鋼中的氫是由銹蝕含水的爐料或從含有水蒸氣的爐氣中吸入的。此外在含氫的還原性氣氛中加熱鋼材、酸洗及電鍍等，氫均可被鋼件吸收，并通過擴(kuò)散進(jìn)入鋼內(nèi)。氫對鋼的危害是很大的。一是引起氫脆，即在低于鋼材強(qiáng)度極限的應(yīng)力任用下，經(jīng)一定時(shí)間后，在無任何預(yù)兆的情況下突然斷裂，往往造成災(zāi)難性的后果。二是導(dǎo)致鋼材內(nèi)部產(chǎn)生大量細(xì)微裂紋缺陷——白點(diǎn)，白點(diǎn)使鋼材的延伸率顯著下降，尤其是斷面收縮率和沖擊韌性降低得更多，有時(shí)可接近于零值，有白點(diǎn)的鋼是不能使用的。（5）氧及其它非金屬夾雜物的影響 氧在鋼中的溶解度非常小，幾乎全部以氧化物夾雜的形式存在于鋼中，如FeO、Al2O3、SiO2等，此外鋼中還存在FeS、MnS、硅酸鹽、氮化物、磷化物等。這些非金屬夾雜物破壞了鋼的基體的連續(xù)性，在靜載荷和動載荷的作用下，往往在為裂紋的起點(diǎn)。因此對非金屬夾雜物應(yīng)嚴(yán)加控制。

第八頁，共24頁。(6)氮的有害影響：①它與合金元素生成氮化物是非金屬夾雜物，更重要的是降低了合金元素的作用。②含N鋼在退火過程中因氮化物析出而會顯著降低它的塑性。但在鋼中加入足夠數(shù)量的鋁，鋁能與氮結(jié)合成AlN，可以起到細(xì)化晶粒的作用，減弱或消除氮的危害。(7）銅的不良影響是：①含Cu量較高時(shí)將導(dǎo)致鋼具熱脆性，而使熱鍛軋加工困難。②“銅脆”——在鋼的缺陷一文中指出當(dāng)Cu>0.2%時(shí)，加熱過程由于表面發(fā)生選擇性氧化，使Fe先Cu而發(fā)生氧化，而表層Cu含量即相對增加形成一層薄膜，然后向擴(kuò)散形成含Cu網(wǎng)絡(luò)，在1030℃即容易鍛裂。適量加Ni可生成熔點(diǎn)較高的Cu-Ni固溶體，可降低“銅脆”。第九頁，共24頁。二、鍛造的基本知識（一）鍛造的含義 鍛造就是利用鍛壓機(jī)械對金屬坯料施加壓力，使其產(chǎn)生塑性變形，以獲得具有一定機(jī)械性能、一定形狀和尺寸鍛件的加工方法。

第十頁，共24頁。二、鍛造的基本知識（二）鍛造的分類

（1）按照工具模具安置情況分類自由鍛造（固定的平砧或者型砧成型）胎模鍛（鍛造模具為可移動式）模鍛（鍛造模具為固定式）（2）按照成型溫度分類熱鍛（終鍛溫度高于再結(jié)晶溫度，特點(diǎn)是工件溫度高于模具溫度）溫鍛（介于熱鍛與冷鍛間的加熱鍛造）冷鍛（室溫下或者低于工件再結(jié)晶溫度）保溫鍛（模具帶有加熱和保溫裝置）第十一頁，共24頁。

(三）鍛造的目的：

鍛造改善金屬材料的強(qiáng)度指標(biāo)、塑性指標(biāo)、沖擊韌度、疲勞強(qiáng)度、斷裂韌度、和抗應(yīng)力腐蝕性能等，對于部分高溫工作的零件，還改善材料的高溫瞬時(shí)拉伸性能、持久性能、抗蠕變性能和熱疲勞性能等。主要體現(xiàn)在以下組織和性能：1）打碎柱狀晶，改善宏觀偏析，把鑄態(tài)組織變?yōu)殄憫B(tài)組織，并在合適的溫度和應(yīng)力條件下，焊合內(nèi)部空隙，提高材料的致密度。2）鑄錠經(jīng)過鍛造形成纖維組織，進(jìn)一步通過軋制、擠壓、模具鍛造，使鍛件得到合理的纖維方向分布。第十二頁，共24頁。

3）控制晶粒度的大小和均勻度。4）是組織得到形變強(qiáng)化或形變---相變強(qiáng)化等。通過上述組織的改變，使鍛件的塑性、沖擊韌度、疲勞強(qiáng)度、斷裂韌度、和持久強(qiáng)度也隨之得到了改善。之后通過鍛后熱處理就可以得到零件所要求的硬度、強(qiáng)度、塑性等良好的綜合性能。（四）鍛造的工藝流程

原材料（鋼錠或坯料）——材料加熱——鍛件鍛造——鍛件鍛后冷卻——鍛件鍛后熱處理第十三頁，共24頁。

（五）鍛造工藝的制定

(1)鍛造用原材料估算的基本原理是“體積不變定律”。即：去除氣孔、縮孔、疏松等因素的影響，認(rèn)為鍛造變形前的坯料體積等于鍛造變形后鍛件的體積。V坯料=V鍛件+V工藝+V燒損

式中：V坯料———坯料的體積；

V鍛件———鍛件的體積；

V工藝———因軸端切頭、沖孔連皮、模鍛毛邊等形成的工藝廢料的體積之和；

V燒損———因加熱時(shí)的氧化和燒損的體積。

如果金屬在鍛造前后的密度不變，則“體積不變定律”可以看成是“質(zhì)量不變定律”

鍛件重量=金屬的密度×鍛件的體積

鍛件坯料重量=金屬的密度*鍛件坯料的體積第十四頁，共24頁。

(2)鍛件的加工余量是按照廠標(biāo)：TZY90301-2002《錘上自由鍛件機(jī)械加工余量與公差》、TZY90302-2002《水壓機(jī)上自由鍛件機(jī)械加工余量與公差》。（3）鍛造比的計(jì)算鍛造比是鍛造時(shí)金屬變形程度的一種表示方法。鍛造比以金屬變形前后的橫斷面積的比值來表示。不同的鍛造工序，鍛造比的計(jì)算方法各不相同。鍛造比包含工序鍛造比、每火次鍛造比、總鍛造比。

1、拔長時(shí)，鍛造比為KL=D12/D22=l2/l1

(D1為變形前截面積、D2為變形后截面積，L1為變形前長度、L2為變形后長度)

2、鐓粗時(shí)的鍛造比，也稱鐓粗比或壓縮比，其值為KH=H0/H1

(H0為變形前高度、H1為變形后高度)

3、連續(xù)拔長或鐓粗時(shí)，總鍛比為各分鍛比之積。

反復(fù)鐓粗拔長結(jié)合時(shí)，總鍛比為各分鍛比之和。第十五頁，共24頁。

（六）自由鍛造的工序

根據(jù)工序的變形性質(zhì)和變形程度的不同，自由鍛的工序可分為基本工序、輔助工序和修整工序三類。

基本工序包括：鐓粗、拔長、沖孔、擴(kuò)孔、彎曲、芯軸拔長、錯(cuò)移、扭轉(zhuǎn)、剁切。

輔助工序包括：壓鉗把、倒棱、壓痕。

修正工序包括：校正、滾圓、平整。第十六頁，共24頁。

拔長

拔長是使毛坯長度增加、橫截面面積減小的工序。它除了用于鍛件成形外，還常用來改善鍛件的內(nèi)部組織、提高力學(xué)性能。拔長操作的基本方法有三種：

①沿螺旋線翻轉(zhuǎn)90°拔長，常用于塑性較低的材料

②反復(fù)翻轉(zhuǎn)90°拔長，常用于塑性較好的材料

③單向順序拔長，常用于大型鍛件第十七頁，共24頁。

鐓粗

鐓粗是將毛坯局部或全部橫截面面積增大、高度減小的鍛造工序。

鐓粗變形區(qū):在平砧上鐓粗圓柱形毛坯時(shí)，其變形分布如圖

Ⅰ區(qū)：受摩擦和砧子激冷影響最大，該區(qū)變形十分困難，稱為“難變形區(qū)”。

Ⅱ區(qū)：不但受摩擦的影響較小，應(yīng)力狀態(tài)也有利于變形，該區(qū)變形程度最大，稱為“大變形區(qū)”。

Ⅲ區(qū)：其變形程度介于!區(qū)和"區(qū)之間，稱為“小變形區(qū)”。因鼓形部分存在切向拉應(yīng)力，容易引起表面產(chǎn)生縱向裂紋。第十八頁，共24頁。

沖孔

在坯料上鍛出通孔或盲孔的鍛造工序稱為沖孔，用于鍛造各種帶孔件和空心鍛件。常用的沖孔方法

常用的沖孔方法有三種，即在漏盤上沖孔，實(shí)心沖子沖孔和空心沖子沖孔

第十九頁，共24頁。

擴(kuò)孔

減小空心坯料壁厚而增加其內(nèi)外徑的鍛造工序稱為擴(kuò)孔，用以鍛造各種圓環(huán)鍛件。

常用的擴(kuò)孔方法有兩種，即沖子擴(kuò)孔和芯軸擴(kuò)孔。第二十頁，共24頁。三、鍛件的主要缺陷及產(chǎn)生原因

在自由鍛造的全部工藝過程中，鍛件產(chǎn)生的缺陷與以下幾方面的因素有關(guān)：原材料及下料產(chǎn)生的缺陷未清除；坯料加熱不當(dāng)；鍛造操作或使用工具不當(dāng)；鍛后冷卻及熱處理方法不當(dāng)?shù)?。因此，要掌握不同情況下鍛件產(chǎn)生缺陷的特征，并進(jìn)行綜合分析，找出產(chǎn)生原因，及時(shí)采取措施。

自由鍛鍛件的主要缺陷及產(chǎn)生的原因如下：

（一）、橫行裂紋

1、表面橫向裂紋

缺陷現(xiàn)象：鍛造時(shí)坯料表面出現(xiàn)較淺（約10mm深）的橫向裂紋或較深的橫向裂紋；

產(chǎn)生原因：淺裂是鋼錠皮下氣泡未焊合形成的，深裂是由鋼錠澆注受錠內(nèi)壁質(zhì)量，鋼水?dāng)[動和鋼錠與錠模鑄合等因素形成的。

第二十一頁，共24頁。

2、內(nèi)部橫向裂紋

缺陷現(xiàn)象：在鍛件內(nèi)部產(chǎn)生的橫向裂紋；

產(chǎn)生原因：冷錠在低溫區(qū)加熱過快，中心引起較大拉力造成，或高碳鋼和高合金鋼塑性較差，在鍛造操作相對送進(jìn)量過小造成的。（二）、縱向裂紋

（1）缺陷現(xiàn)象：經(jīng)常在第一次拔長或鐓粗時(shí)出現(xiàn)；產(chǎn)生原因：錠模內(nèi)壁缺陷和新錠模未很好退火，操作不當(dāng)，高溫、高速澆注，鋼錠脫模冷卻不當(dāng)或脫模過早，倒棱時(shí)壓下量過大，軋制鋼錠時(shí)產(chǎn)生縱向劃痕等。（2）缺陷現(xiàn)象：在坯料近冒口中心出現(xiàn)；產(chǎn)生原因：由于鋼錠冷卻時(shí)縮孔未集中于冒口部分，鍛造冒口端切頭量過少，使坯料近冒口端存在二次縮孔或殘余縮孔，鍛造則引起縱向裂紋。第二十二頁，共24頁。（三）、炸裂

缺陷現(xiàn)象：